Evaluierung und Vergleich von PHREEQC-Datenbanken zur Erstellung einer optimierten Version für Geothermiekraftwerke

Geothermale Fluide stellen ein komplexes System dar und sind mit zahlreichen Herausforderungen verbunden – insbesondere im Kontext von Mineralgewinnung, geothermischer Stromerzeugung und Wärmebereitstellung. Eine zentrale Problematik ist die unkontrollierte Mineralausfällung, die durch Änderungen von Druck, Temperatur oder pH-Wert ausgelöst werden kann. Zur Vorhersage des Ausfällungspotentials wird geochemisches Modellieren eingesetzt.
Grundlage jeder Modellierungssoftware ist eine thermodynamische Datenbank (TD), welche thermodynamische Daten für jede modellierbare wässrige, feste und gasförmige Spezies enthält. Diese thermodynamischen Daten (Gibbs-Energie, Enthalpie, Entropie) beruhen auf unterschiedlichen experimentellen Studien. Dadurch variieren die zugrunde liegenden thermodynamischen Daten, welche mit verschiedenen Modellen extrapoliert werden können. Für viele Minerale liegen nur wenige experimentelle Daten vor – oftmals lediglich unter Standardbedingungen –, sodass für geothermische Systeme eine Extrapolation auf höhere Temperaturen und Drücke erforderlich ist. Dadurch kann ein Modell teilweise stark divergierende Resultate bei der Verwendung von unterschiedlichen TDs aufweisen. ... mehrFür neue Nutzer ist es besonders schwierig, die gültigen Temperatur- und Druckbereiche der jeweiligen TDs einzuschätzen. Thermodynamische Datenbanken unterscheiden sich unter anderem in den enthaltenen Spezies, den verwendeten Zustandsgleichungen sowie in Herkunft und Nachvollziehbarkeit der zugrunde liegenden thermodynamischen Daten.
Vor diesem Hintergrund wurde eine neue Datenbank mit verbesserten thermodynamischen Daten für mehr als 15 Mineral- und Gasphasen entwickelt. Die Datensätze basieren auf einer systematischen Auswertung begutachteter experimenteller Studien und wurden mit den gängigsten PHREEQC-TDs verglichen, um die akkuratesten thermodynamischen Datensätze zu identifizieren. Ziel ist die Verbesserung der Modellgenauigkeit für geochemische Prozesse in Niederdruck-/Hochtemperatursystemen wie sie beispielsweise in Geothermiekraftwerken vorkommen.